Rödslam, en avfallsbiprodukt från aluminiumproduktion, ackumuleras snabbt med en uppskattad årlig produktion på upp till 175 miljoner ton år 2022. Den potentiella valoriseringen av sällsynta jordartsmetaller som finns i rödslam värderas till cirka 4,3 biljoner USD$, vilket gör rödslam till en mycket underutnyttjad resurs för metallåtervinning. Dessutom medför traditionella lagringsmetoder som torr- och våtlagring stora miljörisker på grund av rödslammets fina partikelstorlek och höga alkalinitet, vilket kan leda till allvarlig miljöförstöring och sociala konsekvenser vid lagringsfel.

I denna studie producerades biokol från kostnadseffektiva biomaterialet, Luffa cylindrica, med hjälp av långsam pyrolys i en fastbäddsreaktor. En Central Composite Design (CCD) användes för att skapa en experimentell försöksuppställlning för att undersöka hur biokolutbytet och jodtalet varierade som en funktion av produktionsvillkoren, pyrolystemperatur och tid, i ett intervall av 400-600 °C och 60–90 minuter. CCD-resultaten indikerade ett significant förhållande mellan parametern temperatur och biokolutbytet samt jodtal, med en konfidensnivå på 0,9. Den relativa variansen i träkolutbyte med avseende på pyrolystid och temperatur var betydligt lägre än för jodtalet, på 21% respektive 110%. CCD-modellen optimerades därefter för att maximera jodtalet och gav en optimal respons vid 450 °C och 75 minuter. Det träkol som producerades under optimala förhållanden genomgick karakterisering med hjälp av svepelektronmikroskopi (SEM), Brunauer-Emmett-Teller (BET) och Raman-spektroskopi. Analysen visade att träkolet uppvisade måttlig porositet och strukturell oordning, med en intensitetskvot (ID/IG) på 0,85.

Adsorptionsexperiment utfördes vid en kontakttid på 24 timmar, under konstant omrörning vid 200 rpm, med både träkol från Luffa cylindrica och kommersiellt aktivt kol, som har en mycket större yta. Resultaten visade att ytan inte var den begränsande faktorn i adsorptionsexperimentet, eftersom ingen av träkolstyperna uppvisade betydande adsorption av de undersökta metallerna. Fourier Transform Infrared (FTIR) analys indikerade strukturella förändringar och oxidation av träkolet, vilket tyder på att det undersökta pH-intervallet kunde hämma adsorptionen. De enda ämnen detekterades efter adsorptionen var låga mängder kloridjoner, vilket indikerar att begränsad affinitet och kraftig oxidering av biokol var de primära begränsande faktorerna i adsorptionsexperimentet. För framtida forskning rekommenderas att utföra träkoladsorptionsexperiment vid högre pH-nivåer och att utforska metoder för att öka affiniteten mellan träkoladsorbenten och metalljonerna. En lovande metod är att öka de ytliga aktiva grupperna (SOCs) på träkolet, som har hög affinitet för metalljoner i vattenlösningar, med hjälp av oxidanter som ozon eller salpetersyra.

Red mud, a waste byproduct of aluminum production, is accumulating rapidly, with an estimated annual production of up to 175 million tonnes in 2022. The potential valorization of rare earth elements contained in red mud is significant, valued at approximately 4.3 trillion USD$. This makes red mud a highly underutilized resource for metal recovery. Additionally, traditional storage methods such as dry and wet stacking pose substantial environmental risks due to the fine particle size and high alkalinity of red mud, which could lead to severe environmental degradation and social ramifications in the event of storage failure.

In this study, charcoal was produced from the abundant and cost-effective biomaterial, Luffa cylindrica, using slow pyrolysis in a fixed bed reactor. A Central Composite Design (CCD) was employed to create an experimental set up to investigate the response of biochar yield and Iodine Number as a function of the operating parameters, pyrolysis temperature and time, in an interval of 400-600 °C and 60-90 minutes, respectively. The CCD results indicated a significant dependence on temperature for both yield and iodine number, with a confidence level of 0.9. The relative variance in charcoal yield with respect to pyrolysis time and temperature was much lower than that of the iodine number, at 21% versus 110%, respectively. The CCD model was subsequently optimized to maximize the iodine number, yielding an optimal response at 450 °C and 75 minutes.

The charcoal produced under optimal conditions underwent characterization using Scanning Electron Microscopy (SEM), Brunauer-Emmett-Teller (BET) and Raman spectroscopy. The analysis revealed that the charcoal exhibited modest porosity and structural disorder, with an intensity ratio (ID/IG) of 0.85.

Adsorption experiments were performed at a contact time of 24 h, under a constant stirring rate of 200 rpm, using both Luffa cylindrica derived charcoal and commercial activated carbon, which has a much higher surface area. The results elucidated that surface area was not the limiting factor in the adsorption experiment, as neither type of charcoal demonstrated significant adsorption of the investigated metals. Fourier Transform Infrared (FTIR) analysis indicated structural modifications and oxidation of the charcoal, suggesting that the investigated pH range could inhibit adsorption. The only species detected from adsorption were low amounts of chloride ions, indicating that limited affinity and charcoal deterioration were the primary limiting factors in the adsorption experiment. For future research, it is recommended to conduct charcoal adsorption experiments at higher pH levels and to explore methods to enhance the affinity between the charcoal adsorbent and metal species. One promising approach is to increase the surface-active groups (SOCs) on the charcoal, which have a high affinity for metal ions in aqueous solutions, using oxidizing media such as ozone or nitric acid.